推流式微纳米气泡增氧水环境修复生物浮岛技术

马 骏 杨 昆 张学发 李 江

近年我国湖泊富营养化问题日益突出，从20世纪70年代到现在的近40年间，全国湖泊富营养化面积增长了约60倍。水体富营养化的危害主要表现在三个方面：一是富营养化造成水的透明度降低，阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用和氧气的释放，同时浮游生物大量繁殖，消耗了大量的氧，使水中溶解氧严重不足，而水面植物的光合作用则可能造成局部溶解氧的过饱和。溶解氧过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物(主要是鱼类)有害，造成鱼类大量死亡。二是富营养化水体底层堆积的有机物质在厌氧条件下分解产生的有害气体，以及一些浮游生物产生的生物毒素(如石房蛤毒素)也会伤害水生动物。三是富营养化水中含有亚硝酸盐和硝酸盐，人畜长期饮用会导致中毒致病等。

根治湖泊的富营养化是一个国际难题，具有长期性和复杂性，富营养化的防治是水污染处理中最为复杂和困难的问题。首先，污染源的复杂性给控制污染源带来了困难；其次，至今还没有任何单一的生物学、化学和物理措施能够彻底去除水中的氮、磷等营养物质，通常的二级生化处理方法只能去除30%～50%的氮和磷。

当前国外的富营养化防治设备多为大型高能耗环保设备，造价高，运行成本高，操作控制复杂，国内市场上应用于富营养化防治的专门设备基本处于空白状态。而未来5～15年，甚至更长时间内，伴随我国经济社会的高速发展，水资源与水环境质量问题仍然是制约我国经济社会发展的重大瓶颈。因此，如何利用创新性的实用技术手段减少水体富营养化，力求从根源上彻底治理污染，还原水域的标准水质，并能够长期维护水域水质洁净状态是一个重要课题。

国内外相关技术现状

目前国内外去除水体富营养化的方法主要分为药剂法、生物法和工程法。药剂法主要是通过加药抑制水体中氮、磷元素的析出，药剂投加量大，且存在有效分布问题，对于大面积和较深水体富营养化的治理存在难度；生物法主要面临生物活性低和水体溶氧量低且分布不均匀问题；现有工程性措施主要包括挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝气、注水冲稀以及在底泥表面敷设塑料等。现有的曝气工程中，人们多使用机械搅拌或曝气来提高水的溶氧量。然而水体中氧的主要来源是水生植物的光合作用，并且富营养化水体表面并不缺氧，是表面下水体因被藻类遮盖得不到阳光而缺氧。由于一般的曝气设备产生的气泡直径较大，上升速度很快，即使在深层水体中注入气体产生气泡，增氧后的水体也会随气泡的上升而不能留存在深水缺氧位置，而且不能使增氧后的水体与周围缺氧水体充分混合，收效甚微；另外，通过全层曝气结合机械搅拌来推动富营养化水体流动混合的方法，由于需要使水域中的大部分水体产生流动，能耗很高，并且破坏了自然水体中的温度跃层，改变了整个水域的生态环境，由此引发的生态链条的调整变化难以预料，所以应用范围只能限制在小规模的封闭水域。

传统的几种水体富营养化防治技术各有侧重，但富营养化水体治理是一个综合问题，采用任何单一方法在长期治理效果方面都不明显，且易出现反复。所以，能综合考虑水体流动、增加溶解氧、促进生物活性的适于长期运行的节能型富营养化防治装备与技术的研发成为当前最新的技术发展趋势。

推流式微纳米气泡增氧水环境修复生物浮岛技术

推流式微纳米气泡增氧水环境修复生物浮岛技术是以微纳米曝气技术为核心设计的一种可船载的推流式微纳米气泡水质改善装置，是利用微纳米气泡的高效增氧、促进生物活性、改善水体流动条件等特性，集成现有生物治理技术研制的高效、可行、具有创新性的实用技术与设备。

技术原理

微纳米气泡技术利用特别设计的发生器，进入发生器的气液混合流体在压力作用下高速旋转，当高速旋转的液体和气体在适当的压力下从特别设计的喷射口喷出时，由于喷口处混合气液超高的旋转速度与气液密度比（1∶1000）在力学上的相乘效果，在气液接触界面产生高速强力的剪切及高频率的压力变动，形成人造极端条件，生成大量微米、纳米级气泡的同时具有打碎聚合分子团，形成小分子团活性水的效果，并能够将小部分水分子电离分解，可以在微纳米气泡空间中产生活性氧、氧离子、氢离子和氢氧离子等自由基离子，尤其氢氧自由基有超高的还原电位，具有超强氧化效果，可以分解富营养化水体中正常条件下也难以分解的污染物，实现水质的净化。

该设备以旋回式微纳米曝气装置为核心，结合水生植物对营养物质的吸收，并调整环境中的水体流动，改善水中生物生存条件，形成以该生物浮岛为核心的局部良性循环水环境，以点带面，从而逐步改善整个水域生态环境。

功能效果

考虑到微纳米气泡横向易扩散、纵向上浮速度慢的特性，配合适当的水平方向的水体搅拌装置，可扩大微纳米气泡在水平方向上的分布范围，最大可能地与周围水体充分混合，进行氧化反应，使水与底泥界面之间不出现厌氧层，经常保持有氧状态，有利于抑制底泥磷的释放。增氧后大量微纳米气泡可长时间保持在水中，具缓释性，可随时补充水中氧气的消耗，对水质净化起到事半功倍的效果；由于微纳米气泡上升速度慢，并且多数微纳米气泡在上升过程中溶解到周围的水体中，而不会像毫米、厘米级气泡那样上升到水面，不会破坏原有水体的生态结构，并从根本上改变深层水体的生物生存环境，让微生物的好氧生化效率发挥到最佳状态，这是现有的曝气增氧技术所不能比拟的。

以推流式微纳米气泡发生技术为核心的生物浮岛可改变富营养化水体的流动，促进贫氧水体和富氧水体的交换，并具有以下附加效果：①可将水面的藻类随微纳米气泡水吸引到深水区，抑制藻类生长，并将藻类在深水区分解，减少水华现象的发生；②可通过浮岛的隔离吸附打捞功能拦截部分藻类，直接减少水中的营养物质含量；③通过在装置上安置水生植物来吸收水中的营养物质，围绕水生植物群落形成适于微生物以及大小鱼类生存的环境，从根本上改善富营养化水体的物质循环。

此外，该产品采用的新型微纳米曝气装置和独特的水流控制设计可减少能耗，可进行定点精密加药控制，减少试剂投放量。使用时需要考虑富营养化水体的季节性、周期性及突发性等各种因素，增强装置的辅助及综合功能，从而确定水环境治理、恢复的最佳方案。该技术集成了水力学、生物学、生物化学的低能耗，高效能，环境友好等特点，符合水体富营养化治理技术的最新发展趋势。